JPS6054909B2 - レジンボンド用ダイヤモンド焼結砥粒の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はレジンボンド用ダイヤモンド砥石に適するダイ
ヤモンド焼結砥粒の製造法に関する。

ダイヤモンド砥石を用いる研削加工において、研削によ
る除去量を多くする場合には、粗い粒度の砥粒を含む工
具を用いて深切込みを行なうことが多いが、その際砥粒
には過大なりが加わることになる。そのためにボンド材
による砥粒の保持力限界を超えて砥粒の脱落を引き起し
、砥石寿命が短くなる欠点があつた。このためボンドに
よる保持力と研削効率との兼ね合いから従来レジンボン
ド砥石に用いられるダイヤモンドの粒度は６０／８０メ
ッシュが最大とされていた。またボンド材への保持力を
増すため砥粒表面に金属被覆を施し表面積を大きくする
ことも実施されているが、被覆金属量が多くなると研削
抵抗が増し研削速度が低下するので被覆量にも限度があ
つた。

一方研削仕上面の精度が要求される場合は、細かい粒度
のダイヤモンド砥粒を含む工具が用いられている。従来
研削能率と仕上面精度とは両立しなかつたので、最終的
に平滑な仕上面が要求される研削加工においては、粒度
の大きい砥粒を含む工具を用いた粗研削から始めて順次
粒度の小さい砥粒を用いることにより精密研削へと移行
させ、しかもできるだけ加工時間を短かくしかつ目的の
仕上面を得る工夫がなされてきた。

仕上研削砥石としてダイヤモンドの粒子が数μｍのもの
が使われているが、ボンド材の選択は別としても砥粒の
分散に格別の技術を要すること、砥粒が小さいため分散
された砥粒のボンド材による保持力は小さく、加工時に
脱落を生じ易いこと等により砥石の減耗が著しく、また
切込みを深くする加工方法は用いることができない。

本発明は粒度の揃つたダイヤモンドの単位粒子が強く結
合して入り組んだ表面をもつ粒径の大なる砥粒を構成す
ることによりボンド材に強固に保持され、深切込みによ
る研削速度の向上を可能にし、一方において仕上げ面の
粗さの細かい平滑な表面を得る精密研削に用いることの
できる、汎用性のある研削加工を可能にした研削砥粒の
製法に関するものであつて、その要旨とするところは、
４０μｍ以下の均一な粒度のダイヤモンド結晶が非ダイ
ヤモンド炭素物質中に１重量％以上含有させてなる混合
物を、少くとも一種の触媒金属と共にダイヤモンド安定
領域内の温度圧力条件下に供することにより、上記ダイ
ヤモンド結晶を非ダイヤモンド炭素物質へ含有させる前
の粒径の５倍以内の大きさに成長させると共に相互に焼
結し、さらに得られた焼結体を破砕して、成長した複数
のダイヤモンド結晶を含む所定粒度の砥粒にそろえるこ
とを特徴とする汎用性を有するレジンボンド用ダイヤモ
ンド砥粒の製造法に存する。

本発明の実施に際しては、生成物の単位粒子の粒径を狭
い範囲に収めるために、用いる種子結晶のダイヤモンド
の粒子は出来る限り粒径の揃つたものを選別して用いる
ことが好ましい。

さらに種子結晶上への成長量は直径で５倍以内、好まし
くは３倍以内に仰えることが必要である。種子結晶は微
細な黒鉛粉中に分散して配置され溶媒金属は板状または
塊状の形で充填するのが好ましい。

これらの反応物質はダイヤモンドの安定な高温・高圧条
件下の溶媒金属の溶融状態下において、溶媒金属に溶け
た炭素は種結晶上にダイヤモンドとして析出してダイヤ
モンドの結晶生長が進行し、また隣り合つたダイヤモン
ド間では溶融した溶媒金属によつて、液相焼結反応で見
られる粒子の再配列・溶解・析出現象も並行して生じ、
単位粒子の接合が行なわれるものと思われる。尚得られ
るダイヤモンド単位粒子の存きさは、種結晶のサイズと
黒鉛に対する濃度割合で決められる。得られた接合部分
にはダイヤモンド−ダイヤモンド結合、或いは金属を介
しての結合も見られるが、これによる結合力はダイヤモ
ンド砥石等の工具中におけるダイヤモンド砥粒とボンド
材の樹脂との接着力に比べれば格段に大きく、このため
単位粒子の集合体からなる各砥粒は樹脂中に保持された
一つの塊体として扱うことができ、単位粒子を分散させ
る場合に比し大きな保持力が得られる。

また公知の方法を用いて各砥粒に金属被覆を施すことも
保持力の向上にさらに有効である。

単位粒子はレジンボンド用砥粒の特性である破砕性を有
しており、研削時に常に微小破砕されて切刃が自生する
ので常に切味が維持され、また各単位粒子はダイヤモン
ド−ダイヤモンド結合によつて強固に保持されているの
でほＳ゛全粒を研削加工に用いることができ、砥石とし
ての寿命が向上する。さらに高負荷研削においては単位
粒子単位の破砕・脱落が生じるのみで被加工品に大きな
傷をつけることはない。また単位粒子の大きさは表面仕
上あらさを決定する要因であるが、本発明においてはど
んなに微細な結晶もダイヤモンド−ダイヤモンド結合を
もつ任意の大きさの砥粒として形成することができ”る
ので、表面仕上あらさの細かい加工性能をもちながら、
且つ研削効率の非常に高いレジンボンド砥石を得ること
が可能である。

従来多結晶ダイヤモンドから成る研削砥粒としては、第
一にダイヤモンドを出発原料とし、これを炭素を溶かす
ことのできる金属を用いて結合したダイヤモンド焼結体
を破砕して砥粒としたもの、第二にダイヤモンド粒子を
金属マトリックスで固定したもの、更に第三に黒鉛を出
発原料とし、これを触媒（溶媒）金属の作用でダイヤモ
ンドに転換した所謂ダイヤモンド合成反応生成物を破砕
して砥粒としたものが提案されているが、第一の形態の
ものは単位粒子がダイヤモンド−ダイヤモンド結合によ
つて強固に結合した一体品となつており、研削時には相
当するサイズの単結晶と同様に振舞い、第二の形態のも
のはダイヤモンドー金属間の結合力が強固でないことに
よる研削時のダイヤモンド粒子の脱落、および金属によ
る目詰まりを生じ、更に第三の形態のものは一般にダイ
ヤモンド粒子が金属マトリックス中に分散した構造にな
つており各ダイヤモンドのサイズが広い範囲に分布して
いること、金属分が多いことにより研削時に目詰まりを
生じ、研削能率の向上が望めないことからいずれも本発
明が目的とする汎用性のある研削加工用砥粒とはなり得
ない。

次に本発明の効果を実施例によつて示す。

実施例１． 内径３０ｍ長さ４０ｗａの円筒状の焼成ろう石製製の反
応室内に、厚さ０．５Ｔｎ！Ｒのニクロム板と黒鉛粉お
よび種子ダイヤモンドから成る混合粉末とを交互に充填
し１０段の層状に配置した。

各粉末層は３００メッシュ以下の黒鉛粉３ｆＩと２〜４
μｍのダイヤモンド粉末０．６ｙとを固めたペレット状
とした。これらの反応物質を約５．５ｋｂ１約１４００
０Ｃの条件下に２紛間維持した。反応生成物は粗く破砕
した後、塩酸を用いて金属分を溶解除去し、次いで比重
法によつて黒鉛分を分離した。

得られたダイヤモンド焼結体は平均約５μｍ単位粒子が
接合した厚さ１ｗｎ弱の平板状であつた。このダイヤモ
ンド焼結体をボールミルを用いて結合の弱い部分で破砕
して１００メッシュのふるいを用いてふるい分け、ふる
い上はさらに破砕して１００／１４０メッシュの砥粒と
した。得られた砥粒をさらに塩酸で洗浄し、無電解メッ
キ方法によつてダイヤモンド重量の約１．２倍のニッケ
ルをダイヤモド表面に被覆せしめ、次いでこの砥粒を用
いて砥石を作成した。砥石の作成条件は次のとおりであ
る。

砥石の形状・寸法： ＩＡＩ型 １５０Ｄ×３．３Ｔ×２．♂×５０
．８Ｈ結 合 材： フェノール樹脂集中度：７５
（３．３ｔ／Ｃｆｌ） この砥石を用い、下記の条件でＷＣ−ＣＯ合金の研削を
実施した。

砥石周速度：１５００ｍ／Ｍｉｎ 切込み：０．０１Ｔｆ０ｎ テーブル速度：５ｒｒＬ／Ｍｉｎ 被研削材： ＨＴｌｌＯ（ＪＩＳＫ−１０）３６ケニ５７．６
ｃｒ１研 削 液：ユシローケンＣＣＣ７＠希釈液使用
研削盤：岡本平面研削盤ＰＳＧ−５ＥＶ２．２ｋＷ得ら
れた結果は下記のとおりであつた。

研削比：３００ 研削面の表面粗さ：０．３μｍ 従来のレジンボンド用ニッケル被覆砥粒からなる砥石を
用いて上記とほＳ゛同じ表面粗さが得られたのは、ダイ
ヤモンドの粒度が５〜１２μｍの場合であつたが、この
際の研削比は３０に過ぎなかつた。

実施例２． 実施例１．と同様の反応室および反応条件を用い、各混
合粉末層は３００メッシュ以下の黒鉛粉３ｙと３０〜４
０ｐＴｒＬのダイヤモンド粉末１．０ｙとによつて構成
した。

得られたダイヤモンド焼結体は平均５０〜６０μ瓦の単
位粒子が接合した構造を有していた。これをボールミル
で破砕して３０／５０メッシュの砥粒とし、実施例１．
と同条件で集中度１００の砥石を作成した。この砥石を
用いて下記の条件でＷＣ−ＣＯ合金の研削を実施した。
砥石周速度：１５００Ｔｒ１，／Ｍｉｎ 切込み：０．０２５ｍ テーブル速度：１５Ｔｒ１，／Ｍｉｎ クロスフイードニ１．５ｗＬ／Ｍｉｎ 被研削材：ＨＴｌｌＯ（ＪＩＳ−Ｋ−１０）３６ケニ５
７．６ｃ７１！研 削 液：ユシローケンＣＣＣ７皓希
釈液使用研削盤：岡本平面研削盤ＰＳＧ−５ＥＶ２．２
ｋＷこの結果研削比として５２０が得られた。

尚従来の６０／８０メッシュのダイヤモンド砥粒を用い
た砥石による同じ研削条件での研削比は４００であつた
。

実施例３． 実施例１．と同様の反応室および反応条件を用い各混合
粉末層は３００メッシュ以下の黒鉛粉３ｙと４〜６μｍ
のダイヤモンド粉末０．０６ｙの混合物とした。

得られたダイヤモンド焼結体は平均約２０μｍの単位粒
子が接合した構造となつていた。これを破砕て１２０／
１４０メッシュ弐砥粒とし、さらに無電解メッキ方法に
よつてダイヤモンド重量の約１．２倍のニッケルを被覆
し、実施例１．と同じ条件で集中度７５の砥石を作成し
た。この砥石を用いて下記の条件でＷＣ−ＣＯ合金の研
削を実施した。

砥石周速度：１５００７ＴＬ／分 切込み：０．０２５ＴｆｒＩｎ１０．０５瓢 テーブ
ル速度：１５ＴｒＬ／分 クロスフイードニ１．５７７
！７７！／回 被研削材：ＨＴｌｌＯ（ＪＩＳＫ−１０
）３６ヶニ５７．６ｄ研 削 液：ユシローケンＣｃｃ
６Ｏｆｔ！希社液 使用研削盤：岡本平面研削盤ＰＳＧ
−５ＥＶ２．２ｋＷこの結果研削比として切込み０．０
２５ｗｒｍの場合は４５へ切込み０．０５Ｔｆｒｍの場
合は８５が得られた。

尚従来のニッケル被覆した１２０／１４０メッシュのダ
イヤモンド砥粒を用いた琳石による同じ研削条・件での
上記に対応する研削比はそれぞれ３７０と６５とであつ
た。本発明方法で得られるダイヤモンド焼結砥粒は従来
のダイヤモンド砥粒に比して下記の特長およびそれに伴
なう効果を有する。

１得られた砥粒は狭い粒度分布を有する単位粒子が焼結
によつて接合した構造を有しており、全体としてボンド
材の樹脂に保持されるので保持効果が大きく、研削時に
おける砥粒の脱落による損失を少なくし工具寿命を大巾
に向上させた。

２強固に結合された単位粒子はレジンボンド用砥粒とし
て要求される研削時における微小破砕性を有しているの
で常に切刃が自主して切れ味が持続し、保持力の向上と
相まつて大部分の砥粒を有効に研削加工に使用すること
ができる。

さらに大きな研削負荷が加わつた場合は単位粒子単位で
の脱落が生じるのみで単位粒子によつて決まる傷より大
きいものは生じない。３種結晶のサイズと黒鉛粉に対す
る混合濃度を選ぶことにより、高速研削から精密憲削ま
でそれぞれの目的に合つた砥粒を容易に作ることができ
る。

４ 従来レジンボンド砥石として用いられなかつた６０
メッシュより粗い砥粒も用いることができ、この場合ボ
ンドによる大きな保持力が得られるので、従来より大き
な切込み加工が可能となり加工時間が大巾に短縮できる
。

５単位粒子の粒度が比較的細かい場合は１個の砥石で切
込深さを変えることによつて、粗取りから精密仕上げま
での巾広い加工を行なうことができる。

ｊ砥粒の大きさと仕上面粗さとは無関係であるので、工
具製作の際に広い粒度および形状の砥粒を用いることが
でき、砥粒のふるい分け等の分類工程を簡略化しうる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ４０μｍ以下の均一な粒度のダイヤモンド結晶を非
   ダイヤモンド炭素物質中に１重量％以上含有させてなる
   混合物を、少くとも一種の触媒金属と共にダイヤモンド
   安定領域内の温度圧力条件下に供することにより、上記
   ダイヤモンド結晶を非ダイヤモンド炭素物質へ含有させ
   前の粒径の５倍以内の大きさに成長させると共に相互に
   焼結し、さらに得られた焼結体を破砕して、成長した複
   数のダイヤモンド結晶を含む所定粒度の砥粒にそろえる
   ことを特徴とする、汎用性を有するレジンボンド用ダイ
   ヤモンド焼結砥粒の製造法。